SUPERVISOR
Kaivan Raissi,Masoud Atapoor
کیوان رئیسی (استاد راهنما) مسعود عطاپور (استاد راهنما)
STUDENT
Ali Heydarian
علی حیدریان
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395
TITLE
The effect of sodium fluoride additive and electrical parameters including waveform and potential on corrosion performance of the PEO coatings grown on AZ91 magnesium alloy in aluminate bath
Magnesium and its alloys have been considered for answering the growing demands for using light metals in traortation industry, because It shows unique properties such as low density, high strength to weight ratio, good electromagnetic insulation, tremendous dimensional durability, high dampening and good machining. Hence, these alloys are widely used in industries such as automotive, spacecraft, and communications. However, high activity of magnesium has reduced the corrosion and wear properties of magnesium and its alloys. Plasma electrolytic oxidation is a modern surface engineering technique that has recently attracted industry’s attention for modifying the surface of light metals such as aluminum, titanium and magnesium by creating a ceramic oxide coating. Many coating parameters affect the morphology, structure and corrosion properties of these coatings. Among these, the electrolyte composition and electrical parameters such as voltage and the waveform have a significant effect on the structure and properties of these coatings. In this study, plasma electrolytic oxidation method was used to treat AZ91 magnesium alloy in an aluminate electrolyte to increase corrosion resistance. In order to evaluate the role of modification of coating composition, sodium fluoride salt was added to form a stable phase of magnesium fluoride, and also two voltages of 350 and 400 volts and three waveforms including unipolar, bipolar with 20% and 40% cathodic cycles were selected. The bipolar waveform with 40% cathodic duty cycle could receive a higher current density that indicating the ability of this waveform to continue the coating growth while the current density reached to zero in unipolar waveform and coating was stopped after 100 seconds. The presence of magnesium fluoride in all coatings was confirmed whereas the bipolar waveforms with 40% cathodic duty cycle along with 20% cathodic duty cycle could produce high content of magnesium fluoride in the coating. also, these waveforms were able to create a coating with less defects and low porosity which increased the compaction and thickness of the coating. The results of corrosion tests involving potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy were in agreement with the changes observed in morphology and structure, where the samples coated at 400V using the bipolar waveforms did not show an induction loop up to 3 days and were able to exhibit high corrosion resistance. Finally, the coating that formed by the bipolar waveforms with 40% cathodic cycle at higher voltages (400 volts), represent more magnesium fluoride phases and high thickness due to its modified morphology, and could reveal the highest corrosion resistance up to 28 days immersion in a 3.5 wt% sodium chloride solution, where there was no sign of underlying corrosion in this coating. Therefore, increasing the cathodic duty cycle of the bipolar waveforms and increasing the coating voltage can improve the corrosion performance of the plasma electrolytic oxidation coatings of AZ91 magnesium alloy in aluminate bath
به منظور پاسخ به نیازهای روز افزون به استفاده از فلزات سبک در صنعت حمل و نقل، منیزیم و آلیاژهای آن بسیار مورد توجه قرار گرفته اند چرا که دارای خواص بی نظیری از جمله چگالی کم، نسبت استحکام به وزن بالا، عایق خوب الکترومغناطیس، مقاومت ابعادی بالا، دمپینگ بالا و ماشین کاری خوب است. از این رو این آلیاژها در صنایعی همچون اتومبیل سازی، فضاپیماها و ارتباطات کاربرد وسیعی یافته اند. با این حال اکتیویته ی بالای منیزیم موجب تضعیف خواص خوردگی و سایشی منیزیم و آلیاژهای آن شده است. اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی یک روش نوین مهندسی سطح است که اخیراً توجه صنعت را برای عملیات سطح فلزات سبک نظیر آلومینیوم، تیتانیوم یا منیزیم از طریق ایجاد یک پوشش اکسید سرامیکی به خود جلب کرده است. پارامترهای پوشش دهی زیادی بر مورفولوژی، ساختار و خواص خوردگی این پوشش ها تاثیر می گذارد که از این بین، ترکیب الکترولیت و پارامترهای الکتریکی نظیر ولتاژ و شکل موج پوشش دهی تاثیر بسزایی بر ساختار و خواص این پوشش ها دارد. در این پژوهش از روش اکسیداسیون پلاسمایی الکترولیتی برای پوشش دهی آلیاژ منیزیم AZ91 در الکترولیت آلومیناتی جهت ایجاد مقاومت به خوردگی استفاده شد. به منظور بررسی اصلاح ترکیب پوشش، نمک سدیم فلوراید برای تشکیل فاز پایدار منیزیم فلوراید اضافه شد و همچنین دو ولتاژ 350 و 400 ولت و سه شکل موج تک قطبی، دو قطبی با 20 درصد و 40 درصد چرخه کاری کاتدی انتخاب شدند. شکل موج دو قطبی با 40 درصد چرخه کاری کاتدی توانست جریان پوشش دهی بالاتری را دریافت کند که نشان از توانایی این شکل موج در ادامه ادامه دادن فرایند پوشش دهی داشت، در صورتی که در شکل موج تک قطبی، پس از 100 ثانیه، جریان به صفر رسید و پوشش دهی متوقف شد. حضور ترکیب منیزیم فلوراید در تمامی پوشش ها تایید شد، با این تفاوت که شکل موج های دو قطبی با 40 درصد چرخه کاری کاتدی و بعد از آن 20 درصد چرخه کاری کاتدی توانستند مقادیر بیشتری از این ترکیب را در پوشش خود ایجاد کنند. همچنین توانستند پوششی با عیوب و تخلخل کمتر، ضخیم تر، فشرده تر را ایجاد کنند که به طور خاص از ایجاد کانال های تخلیه متصل به زیرلایه جلوگیری کند. نتایج آزمون های خوردگی شامل پلاریزاسیون پتانسیودینامیک و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی منطبق بر مورفولوژی و ساختار ایجاد شده بود به طوری که نمونه های پوشش داده شده با ولتاژ 400 ولت و شکل موج دو قطبی تا 3 روز غوطه وری از خود حلقه القایی نشان ندادند و توانستند مقاومت به خوردگی بالایی از خود نشان دهند. در نهایت پوشش حاصل از شکل موج دو قطبی با 40 درصد چرخه کاری کاتدی در ولتاژ بالاتر (400 ولت) به واسطه مورفولوژی اصلاح شده، حضور بیشتر ترکیب منیزیم فلوراید و ضخامت بیشتر، توانست برترین مقاومت به خوردگی را تا 28 روز غوطه وری در محلول 5/3 درصد کلرید سدیم نشان دهد به طوریکه همچنان هیچ گونه اثری از خوردگی زیرلایه در این پوشش مشاهده نشد. لذا افزایش چرخه کاتدی شکل موج دوقطبی و افزایش ولتاژ می توانند منجر به بهبود عملکرد خوردگی پوشش های اکسیداسیون الکترولیتی پلاسمایی حاصل از حمام آلومیناتی بر آلیاژ منیزیم شود.